NASA oznámila přelomový experiment, který chce posunout personalizovanou medicínu na novou úroveň. Experiment je součástí strategického plánu na sběr cenných vědeckých dat během mise Artemis II, což NASA umožní vědět některé věci předtím, než se vrátí na povrch Měsíce a bude pokračovat na Mars. Výzkumný projekt AVATAR (A Virtual Astronaut Tissue Analog Response) využije orgány na čipech ke studiu účinků záření v hlubším vesmíru a mikrogravitace na lidské zdraví. Tyto čipy budou obsahovat buňky členů posádky mise Artemis II a poletí po jejich boku na přibližně desetidenní misi kolem Měsíce. Tento výzkum, společně s dalšími výzkumy zaměřenými na zdraví a výkonnost posádky Artemis II, má přinést NASA poznatky o tom, jak nejlépe chránit astronauty, až se průzkum vrátí na Měsíc a poté se přesune na Mars, či někam dál.

„AVATAR je vizionářský tkáňový čip od NASA, který přinese revoluci do samotného způsobu, jakým budeme provádět výzkum, medicínu a pilotovaný multiplanetární průzkum,“ vysvětluje Nicky Fox, přidružená administrátorka z ředitelství vědeckých misí v centrále NASA ve Washingtonu a dodala: „Každý tkáňový čip je drobným vzorkem jedinečně vyrobeným tak, abychom mohli ještě před startem studovat, jak se účinky hlubšího vesmíru projevují na každém kosmickém průzkumníkovi a zajistit tak, že s sebou na cestu na Měsíc a dále na Mars vezmeme odpovídající lékařské vybavení přizpůsobené potřebám každého jednotlivce.“

Tento výzkum je výsledkem spolupráce mezi NASA, vládními agenturami a průmyslovými partnery. Využívá komerčních znalostí, aby dosáhl hlubšího pochopení lidské biologie a chorob. Tento výzkum může urychlit inovace v personalizované zdravotní péči, jak pro astronauty v kosmickém prostoru, tak pro pacienty na Zemi.

Tkáňové čipy, případně orgány na čipech, nebo mikrofyziologické systémy, mají rozměr přibližně USB disku na klíčenku a pomáhají porozumět (a později předvídat), jak jednotlivec může reagovat na různé stresové faktory, jako je kosmické záření, či lékařské ošetření, včetně léčiv. V podstatě tato malá zařízení slouží jako „avatary“ lidských orgánů.

Tyto čipy obsahují živé lidské buňky, které jsou vypěstovány tak, aby modelovaly strukturu a funkci specifických oblastí v lidských orgánech, jako jsou mozek, plíce, srdce, slinivka a játra. Mohou bít jako srdce, dýchat jako plíce, či provádět metabolismus jako játra. Tkáňové čipy mohou být navzájem propojeny, aby napodobily vzájemnou interakci orgánů, což je důležité pro pochopení, jak celé lidské tělo reaguje na stresové faktory, či léčbu.

Výzkumníci a onkologové dnes využívají lidské tkáňové čipy k pochopení, jak rakovina specifického pacienta může reagovat na odlišná léčiva, či ozařování. V současné době se za standard považuje, když tkáňové čipy udrží lidské buňky živé po dobu 30 dní. Ovšem NASA a další výzkumné organizace se snaží tyto hranice posunout a zvýšit životnost orgánů na čipech na nejméně šest měsíců, takže by vědci mohli pozorovat choroby a léčivé terapie po mnohem delší období.

Při misi Artemis II budou využity tkáňové čipy z krvetvorných kmenových a progenitorových buněk, které pocházejí z kostní dřeně členů posádky Artemis II. Kostní dřeň patří mezi orgány, které jsou nejnáchylnější na vystavení záření a proto se jí v pilotované kosmonautice věnuje taková pozornost. Hraje také důležitou roli v imunitním systému, protože je místem původu všech dospělých červených krvinek. Právě proto vědci chtějí vědět, jak pobyt v hlubším vesmíru a tamní záření ovlivňují tento orgán. Dřívější studie již odhalily, že účinky mikrogravitace ovlivňují vývoj buněk kostní dřeně. Ačkoliv Mezinárodní kosmická stanice krouží po oběžné dráze Země, kde je zemskou magnetosférou odstíněna od většiny kosmického i slunečního záření, astronauti často zažívají úbytek hustoty kostí. Jelikož mise Artemis II poletí mimo tuto ochrannou vrstvu, výzkumníci z projektu AVATAR chtějí pochopit, jak kombinace stresových faktorů kosmického záření v hlubším vesmíru ovlivňují vyvíjející se buňky.

Aby bylo možné vytvořit tkáňové čipy kostní dřeně, musí astronauti nejprve na místním zdravotnickém zařízení darovat krevní destičky. Zbývající buňky z jejich vzorků budou obsahovat malé množství kmenových a progenitorových buněk pocházejících z kostní dřeně. Vědci z firmy Emulate, Inc., financovaní agenturou NASA, kteří vyvinuli technologii orgánových čipů použitou v projektu AVATAR, tyto buňky vyčistí pomocí magnetických kuliček, které se na ně specificky vážou. Vyčištěné buňky budou poté umístěny do čipů kostní dřeně vedle buněk krevních cév a dalších podpůrných buněk, aby modelovaly strukturu a funkci kostní dřeně. Výzkum toho, jak kosmické záření ovlivňuje kostní dřeň, může poskytnout poznatky o tom, jak radiační léčba a další vlivy poškozující DNA (včetně chemoterapeutických léků) ovlivňují vznik krevních buněk. Tyto poznatky jsou důležité jak pro kosmickou, tak i pozemskou medicínu. Kostní dřeň se tak stává ideálním orgánem pro studium při Artemis II v rámci experimentu AVATAR.

„Pro NASA by orgánové čipy mohly poskytovat důležité údaje pro ochranu zdraví astronautů při misích do hlubokého vesmíru,“ říká Lisa Carnell, ředitelka divize biologických a fyzikálních výzkumů v centrále NASA a dodává: „S tím, jak míříme dále a budeme trávit v kosmickém prostoru více času, posádky budou mít jen omezený přístup k lokální klinické zdravotnické péči. Proto bude velmi důležité zjistit, zda má každý astronaut specifické zdravotní potřeby, abychom jim mohli na budoucí mise poslat správné zásoby.“ Při misi Artemis II budou tkáňové čipy uloženy ve speciálním zařízení vyrobeném firmou Space Tango, které bude uloženo v útrobách kabiny Orionu po celou dobu mise. Zařízení napájené akumulátory bude zajišťovat automatickou kontrolu prostředí a dodávku médií do orgánových čipů.

Po návratu na Zemi vědci z Emulate prozkoumají, jak kosmický let ovlivnil čipy kostní dřeně, a to pomocí sekvenování RNA jednotlivých buněk, což je výkonná technika, která měří, jak se mění tisíce genů v jednotlivých buňkách. Vědci porovnají data z letových vzorků s měřeními buněk posádky použitých v pozemní imunologické studii, která proběhne současně s kosmickým letem. To poskytne dosud nejpodrobnější pohled na dopad kosmického letu a radiace z hlubokého vesmíru na vývoj krevních buněk.

Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://assets.science.nasa.gov/…/precision-health/tissue-chips/EMULATE_Emulate_Organ-Chip_blue_2.jpg